一种水溶型无铅固晶锡膏及其制备方法
文献发布时间：2023-06-19 19:28:50
技术领域
本发明属于水溶性锡膏技术领域，具体涉及一种水溶型无铅固晶锡膏及其制备方法。
背景技术
随着科技技术的快速发展，特别是5G半导体芯片的应用，要求工作频率越来越高，尺寸越来越小，集成密度越来越高，组件之间的间距越来越小，这对芯片制作与封装工艺中的关键清洗技术提出了更高、更严格的要求。对于水溶性的锡膏需求也日益增大。
现有技术的缺陷和不足：
（1）熔锡过程前后易桥连：印刷后的锡膏不足以保持稳定形状而出现边缘垮塌并向焊盘外侧逐渐蔓延，在相邻焊盘之间形成连接。这种现象如果不能及时纠正，回流后，焊接短路是一定会发生的。
（2）锡膏活性不足：由于水溶性锡膏的材料特殊性，容易导致体系活性难以发挥，焊接后焊点有葡萄珠，焊点周围有锡珠产生。
（3）印刷时粘度不稳定：在连续印刷时，由于应用材料的亲水性，以及锡膏本身的稳定性不好，导致锡膏的粘度有大幅的上涨或降低。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种针管挤出型高铅固晶锡膏及其制备方法，将松香与醇胺按照摩尔比1:1比例溶解在IPA溶液中加热搅拌烘干后得到松香胺，将PEG10000、PEG20000以不同比例复配溶解在二乙二醇苄醚并加热搅拌溶解冷却得到触变剂，随后将松香胺、触变剂、溶剂、缓蚀剂、活性剂混合得到水洗焊锡膏，本发明采用松香与醇胺类有机物预反应生成松香胺，导热性好、具有良好的可焊性，对润湿、锡膏活性有较大作用，同时采用多种无卤活化剂复配，锡膏活性好，可有效防止锡膏硬化，放置储存以及使用粘度上涨，真正的解决水洗锡膏易桥连，锡膏活性不足，印刷粘度不稳定的缺陷，并且制造工艺简单，成本低，具有很强的实用性。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种水溶型无铅固晶锡膏，由以下重量百分比的原料制成：
金属合金粉末85%，水洗助焊膏15%；
其中，所述金属合金粉是Sn96.5Ag3.0Cu0.5，粒径20-38um；
所述的水洗助焊膏油以下重量百分比的组分组成：水基松香胺30%-40%，溶剂30%-40%，无卤活化剂10%-20%，触变剂15%-20%，缓蚀剂1%-5%。
作为本发明的一种改进，所选的水基松香胺由氢化松香与醇胺按照摩尔比1:1比例溶解在IPA溶液中，经中和反应后干燥制成。
作为本发明的一种改进，所述醇胺组成为：
作为本发明的一种改进，所述溶剂为二丙二醇、二乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、二乙二醇苄醚中的任一种或多种；
所述无卤活化剂为柠檬酸、苯基丁二酸、丁二酸、戊二酸、十二二酸中的任一种或多种；
所述触变剂为PEG10000、PEG20000以不同比例复配溶解在二乙二醇苄醚中冷却后得到；
所述缓蚀剂为1,2,3-苯骈三氮唑、甲基苯骈三氮唑、苯骈咪唑中的任一种或多种。
作为本发明的一种改进，所述触变剂组成为：
本发明还提供一种针管挤出型高铅固晶锡膏制备方法，包括以下步骤：
（1）将松香与醇胺按照摩尔比1:1比例溶解在IPA溶液中，加热搅拌溶解至均一液体，随后烘干得到松香胺；
（2）将PEG10000、PEG20000以不同比例复配溶解在二乙二醇苄醚并加热，充分搅拌溶解，冷却后得到触变剂；
（3）将步骤（1）得到的松香胺与步骤（2）得到的触变剂加入溶剂中，再加入缓蚀剂与活性剂，加热后充分搅拌溶解，冷却后得到水洗助焊膏；
（4）将步骤（3）得到的助焊膏放置24 h后，将其与金属合金粉末以11.5：88.5的比例加入行星搅拌机搅拌，得到水洗焊锡膏。
作为本发明的一种改进，所述步骤（1）中的加热温度为60 ℃。
作为本发明的一种改进，所述步骤（2）中加热温度为200~230 ℃。
作为本发明的一种改进，所述步骤（3）中加热温度为140~150 ℃。
作为本发明的一种改进，所述步骤（4）中搅拌条件为真空-0.08~-0.1条件下以30rpm转速搅拌30 min；搅拌得到的水洗焊锡膏于0~5 ℃下密闭保存。
本发明的有益效果为：
1.本发明采用松香与醇胺类有机物预反应生成焊后可水溶型树脂，此类树脂导热性好，同时醇胺具有良好的可焊性，对润湿、锡膏活性有较大作用。
2.本发明采用多种无卤活化剂复配，制得的锡膏活性好，同时，控制无卤活化剂与松香胺的比例，可有效防止锡膏硬化，放置储存以及使用粘度上涨。
3.本发明的触变剂采用PEG10000与PEG20000，既避免采用常规锡膏使用酰胺类触变剂，所造成的焊后难清晰的问题，又有效解决了水溶型锡膏使用时粘度下降，触变体系失效的问题。两种触变剂复配在水溶型锡膏体系下对于热坍塌效果较好。
4.本发明的溶剂使用二丙二醇，二乙二醇丁醚，乙二醇苯醚，二乙二醇苄醚中的任一种或多种，该种溶剂在焊后极易用纯水冲洗，同时在该种溶剂下，配合活性剂，可有效防止锡珠产生。
具体实施方式
下面结合附表和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种水溶型无铅固晶锡膏，由以下重量百分比的原料制成：
金属合金粉末：Sn96.5Ag3.0Cu0.5，85%、水洗助焊膏15%；
所述水洗助焊膏以下重量百分比的组分组成：
树脂：水基松香胺 30% （氢化松香与醇胺总量（单乙醇胺:三乙醇胺=1:1）的摩尔比1:1比例溶解在IPA溶液中，经中和反应后干燥而成）；
触变剂：PEG混合物 15%（按PEG10000:PEG20000:二乙二醇苄醚=7:3:10的重量比例加热搅拌溶解，冷却后得到）；
溶剂：二丙二醇15%、二乙二醇丁醚15%；
缓蚀剂：苯骈三氮唑2%、甲基苯骈三氮唑3%；
活化剂：柠檬酸5%、苯基丁二酸5%、丁二酸5%、戊二酸5%。
具体制备步骤如下：
（1）按照上述配方将水基松香胺，触变剂，活化剂，缓蚀剂加入溶剂中，加热至140℃至150℃，充分搅拌，至澄清透明，后导入冷却袋充分冷却24h，得到水洗助焊膏。
（2）将助焊膏与金属合金粉以11.5：88.5比例加入行星搅拌机，在真空-0.08条件下以30RPM转速搅拌30min，得到锡膏，放入冰箱0-5℃冷藏保存。
实施例2
一种水溶型无铅固晶锡膏，由以下重量百分比的原料制成：
金属合金粉末：Sn96.5Ag3.0Cu0.5，85%、水洗助焊膏15%；
所述水洗助焊膏以下重量百分比的组分组成：
树脂：水基松香胺 34% （氢化松香与醇胺总量（单乙醇胺:三乙醇胺=1:1）的摩尔比1:1比例溶解在IPA溶液中，经中和反应后干燥而成）；
触变剂：PEG混合物 20%（按PEG10000:PEG20000:二乙二醇苄醚=7:3:10的重量比例加热搅拌溶解，冷却后得到）；
溶剂：乙二醇苯醚20%、二乙二醇丁醚15%；
缓蚀剂：苯骈咪唑1%；
活化剂：戊二酸2%、十二二酸8%。
具体制备步骤如下：
（1）按照上述配方将水基松香胺，触变剂，活化剂，缓蚀剂加入溶剂中，加热至140℃至150℃，充分搅拌，至澄清透明，后导入冷却袋充分冷却24h，得到水洗助焊膏。
（2）将助焊膏与金属合金粉以11.5：88.5比例加入行星搅拌机，在真空-0.08条件下以30RPM转速搅拌30min，得到锡膏，放入冰箱0-5℃冷藏保存。
实施例3
一种水溶型无铅固晶锡膏，由以下重量百分比的原料制成：
金属合金粉末：Sn96.5Ag3.0Cu0.5，85%、水洗助焊膏15%；
所述水洗助焊膏以下重量百分比的组分组成：
树脂：水基松香胺 30% （氢化松香与醇胺总量（二乙醇胺:三乙醇胺=1:1）的摩尔比1:1比例溶解在IPA溶液中，经中和反应后干燥而成）；
触变剂：PEG混合物 15%（按PEG10000:PEG20000:二乙二醇苄醚=3:7:10的重量比例加热搅拌溶解，冷却后得到）；
溶剂：二乙二醇丁醚40%；
缓蚀剂：苯骈三氮唑5%；
活化剂：柠檬酸3%、苯基丁二酸3%、丁二酸3%、戊二酸1%。
具体制备步骤如下：
（1）按照上述配方将水基松香胺，触变剂，活化剂，缓蚀剂加入溶剂中，加热至140℃至150℃，充分搅拌，至澄清透明，后导入冷却袋充分冷却24h，得到水洗助焊膏。
（2）将助焊膏与金属合金粉以11.5：88.5比例加入行星搅拌机，在真空-0.08条件下以30RPM转速搅拌30min，得到锡膏，放入冰箱0-5℃冷藏保存。
实施例4
一种水溶型无铅固晶锡膏，由以下重量百分比的原料制成：
金属合金粉末：Sn96.5Ag3.0Cu0.5，85%、水洗助焊膏15%；
所述水洗助焊膏以下重量百分比的组分组成：
树脂：水基松香胺 35% （氢化松香与醇胺总量（二乙醇胺:三乙醇胺=1:1）的摩尔比1:1比例溶解在IPA溶液中，经中和反应后干燥而成）；
触变剂：PEG混合物 15%（按PEG10000:PEG20000:二乙二醇苄醚=3:7:10的重量比例加热搅拌溶解，冷却后得到）；
溶剂：二丙二醇10%、乙二醇苯醚20%；
缓蚀剂：苯骈三氮唑1%；
活化剂：苯基丁二酸3%、丁二酸3%、戊二酸8%、十二二酸5%。
具体制备步骤如下：
（1）按照上述配方将水基松香胺，触变剂，活化剂，缓蚀剂加入溶剂中，加热至140℃至150℃，充分搅拌，至澄清透明，后导入冷却袋充分冷却24h，得到水洗助焊膏。
（2）将助焊膏与金属合金粉以11.5：88.5比例加入行星搅拌机，在真空-0.08条件下以30RPM转速搅拌30min，得到锡膏，放入冰箱0-5℃冷藏保存。
实施例5
一种水溶型无铅固晶锡膏，由以下重量百分比的原料制成：
金属合金粉末：Sn96.5Ag3.0Cu0.5，85%、水洗助焊膏15%；
所述水洗助焊膏以下重量百分比的组分组成：
树脂：水基松香胺 40% （氢化松香与醇胺总量（单乙醇胺:二乙醇胺=1:1）的摩尔比1:1比例溶解在IPA溶液中，经中和反应后干燥而成） ；
触变剂：PEG混合物 17.5%（按PEG10000:PEG20000:二乙二醇苄醚=1:1：2的重量比例加热搅拌溶解，冷却后得到）；
溶剂：二乙二醇苄醚26.5%；
缓蚀剂：苯骈三氮唑1%；
活化剂：丁二酸5%、戊二酸10%。
具体制备步骤如下：
（1）按照上述配方将水基松香胺，触变剂，活化剂，缓蚀剂加入溶剂中，加热至140℃至150℃，充分搅拌，至澄清透明，后导入冷却袋充分冷却24h，得到水洗助焊膏。
（2）将助焊膏与金属合金粉以11.5：88.5比例加入行星搅拌机，在真空-0.08条件下以30RPM转速搅拌30min，得到锡膏，放入冰箱0-5℃冷藏保存。
本发明实施例的组分重量比例如下表所示：
。
对比结果
本发明实施例制备的水溶型无铅固晶锡膏的性能如下表所示：
。
其中，对比例为市场中采购的某品牌水溶型锡膏。
从表格中测试数据可以看出：与市售水溶型锡膏相比，锡膏具有较好的印刷粘度稳定性，扩展率高，有效减少了锡珠的产生，且体系不含卤素，对环境友好。制作工艺简单，满足相关检测标准要求。
需要说明的是，上述仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，在上述实施例的基础上还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。